焊接機器人技術研究現狀及應用

摘 要：綜述了焊接機器人技術及其發展進程，介紹了焊接機器人技術研究現狀，論述了焊接機器人在高職高專焊接專業焊接中實訓的應用，以求加快推進高職高專焊接技術及自動化專業焊接機器人實訓項目的建設，提高焊接技術及自動化專業人才培養質量，從而提升高職高專院校辦學水平與實力。

關鍵詞：焊接機器人技術；焊接機器人實訓；高職高專

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.027

1 焊接機器人發展歷程

1959年，世界上第一臺焊接機器人在美國誕生。機器人技術和應用的發展經歷了三個階段，即示教再現型的第一代機器人，具有感知能力的第二代機器人，智能型的第三代機器人，焊接機器人就是在焊接生產領域能夠替代焊接工人從事焊接任務的工業機器人。近段時間來，隨著計算機控制技術、人工智能技術及網絡控制技術的迅速發展，焊接機器人也取得了長足的發展，主要向著更加智能化的柔性加工單元方向發展[1]。

2 焊接機器人技術

2.1 焊接機器人

焊接機器人是由一個具有多個自由度可自由編程的軸構成的工業機器人。工作時，能將焊接工具按照要求的運動軌跡及速度進行移動，是一種能夠自動控制并模仿人的動作且可以重復編程，能在三維空間完成規定的各種焊接作業的自動化生產設備。目前，焊接機器人已經廣泛應用于制造業，它能在惡劣的環境下連續工作并能保證焊接質量，大大的提高了焊接生產效率，改善工作環境，減輕焊接技術工人的勞動強度[2]。

焊接機器人廣泛于汽車、航空航天、船舶、機械制造、電工電子、食品加工及其它相關制造領域中，并成為先進制造技術中必不可少的重要裝備[3]。焊接機器人按焊接工藝可分為弧焊機器人和點焊機器人兩類，從結構上看，絕大多數焊接機器人是在六軸關節型機器人的機械手上安裝不同的焊接工裝設備來實現自動化焊接生產的[2]。

2.2 焊接機器人工作原理

目前應用最廣泛的焊接機器人屬于第一代機器人，即“示教-再現”型機器人。機器人學習的過程稱為“示教”，在這個過程中，操作者需要手把手的教機器人做各種規定的動作，而機器人的自動控制系統會以程序的將動作記下來。“再現”過程就是機器人按照示教時記錄下來的程序重現這些動作[2]。

3 焊接機器人的最新應用技術

機器人技術、焊接技術和系統工程技術融合在一起構成了焊接機器人應用技術，這幾項技術的融合程度決定了焊接機器人在在實際生產中應用程度及其特性的發揮程度。目前，焊接機器人技術研究主要集中在焊縫軌跡的跟蹤技術、多個機器人協調控制技術、專用弧焊電源技術、焊接機器人系統仿真技術、機器人用焊接工藝方法、遙控焊接技術、離線編程與路徑規劃技術等[1]。另外，最新的焊接機器人應用技術包括伺服焊鉗技術、雙絲焊接技術、激光/電弧復合熱源焊接技術和電源融合技術等。

3.1 伺服焊鉗技術

點焊機器人焊鉗按電極臂加壓驅動方式可分為氣動驅動和伺服驅動兩類。伺服驅動采用伺服電動機作為動力源，完成焊鉗的張開與閉合，張開度可根據實際焊接需要任意選定并預置，電極間的壓緊力也可以實現無極調節。伺服驅動可提高焊接工件表面的質量及生產率，也可改善工作環境。總之，點焊機器人伺服焊鉗是焊接機器人應用技術的發展趨勢[2]。

3.2 雙絲焊接技術

焊接薄板時采用雙絲焊接技術可顯著提高焊接速度，焊接厚板時可提高熔敷效率。采用雙絲焊接技術，在熔敷效率增加時，可保持較低的熱輸入，且熱影響區小，焊接變形小，焊接氣孔率低[2]。

3.3 激光/電弧復合熱源焊接技術

激光焊接技術和氣體保護焊接技術兩種焊接熱源同時作用于一個焊接熔池的技術成為激光/電弧復合熱源技術。這種焊接技術對工件的裝配間隙要求低，消除了激光焊接存在的固有缺陷，使焊縫更加致密，同時還能提高電弧的穩定性和功率密度，提高焊接速度和焊縫熔深，具有熱影響區小，變形低，消除起弧時的不良缺陷等優點[2]。

3.4 電源融合技術

電源融合技術是將焊接機器人的焊接設備的電源和機器人的電源相融合，改善傳統焊接機器人焊接焊接設備與機器人之間數據交換量有限的缺點。目前，日本松下的TAWERS焊接機器人實現了機器人與高性能焊接電源的完美結合，采用全軟件高速波形控制技術，可控制焊接熱輸入，實現焊接飛濺極小化，非常適合于高速焊接[2]。

4 焊接機器人在高職高專焊接機實訓中的應用

高職高專院校教育對接市場產業的發展，工業機器人技術將成為高職高專院校機電類、自動控制類專業的新型發展方向。焊接機器人實訓更是成為焊接技術及其自動化專業必備的實訓項目。通過ABB焊接機器人工作站，可實現對焊接機器人系統構造和基本操作的教學，讓學生可以學習如何搭建焊接機器人系統和相關焊接機器人的維護與故障排查技能、焊接軌跡在線示教編程、焊接軌跡在線語言編程、焊接軌跡離線編程等，并可配合變位機工作臺實現復雜空間焊接軌跡的應用，在實現基本教學的基礎上完成更加綜合的教學內容[4]。

參考文獻：

[1]黃政艷.焊接機器人的應用現狀與技術展望[J].裝備制造技術，2007（03）：46-48.

[2]蘭虎.焊接機器人編程及應用[M].機械工業出版社，2017：11-28.

[3]宋金虎.我國焊接機器人的應用與研究現狀[J].電焊機，2009，39（04）：18-20.

[4]杜柯，李俊泓.焊接機器人實訓工作站構建研究[J].時代農機，2017，44（09）.

作者簡介：胡海蓮（1988-），女，碩士，助教，主要從事金屬材料教學及研究。